Co to jest EUV i jak działa?
Litografia ekstremalnego ultrafioletu (EUV) jest wykorzystywana w produkcji urządzeń półprzewodnikowych do wytwarzania układów scalonych
Technologia ekstremalnego ultrafioletu (EUV) jest kluczowym czynnikiem zmian w branży półprzewodników. Litografia, metoda stosowana do drukowania skomplikowanych wzorów na materiałach półprzewodnikowych, od początku ery półprzewodników rozwinęła się dzięki wykorzystaniu coraz krótszych długości fal. Litografia EUV jest najkrótsza jak dotąd.
Opracowywana przez dziesięciolecia pierwsza maszyna do litografii EUV kupowana partiami i gotowa do produkcji pochodziła z firmy ASML, holenderska firma produkująca półprzewodniki.
Kluczowe dania na wynos
- Ekstremalne światło ultrafioletowe (EUV) ma bardzo krótką długość fali, zbliżoną do promieniowania rentgenowskiego.
- Światło EUV jest wykorzystywane w litografii mikrochipów do drukowania wzorów na płytkach krzemowych.
- Holenderska firma ASML jest pionierem tej technologii i jest jedynym źródłem systemów litograficznych EUV.
- Krótka długość fali światła EUV pozwala na produkcję jednych z najpotężniejszych dostępnych mikrochipów.
Co to jest litografia EUV?
Światło EUV odnosi się do ekstremalnego światła ultrafioletowego wykorzystywanego w litografii mikrochipów, która polega na pokryciu płytki mikrochipu materiałem światłoczułym i ostrożnym wystawieniu jej na działanie światła. Spowoduje to wydrukowanie wzoru na płytce, który zostanie wykorzystany w dalszych etapach procesu projektowania mikrochipów.
Historia komputerów to historia przemysłu półprzewodników, która z kolei jest historią nieustannego dążenia do miniaturyzacji. W początkowej fazie rozwoju branży, od lat pięćdziesiątych do połowy lat osiemdziesiątych, fotolitografię wykonywano przy użyciu światła UV i fotomasek w celu rzutowania wzorów obwodów na płytki krzemowe.
W tym czasie, Prawo Moore'a— założenie z lat 60. XX wieku, że liczba tranzystorów w mikrochipie będzie się podwajać co dwa lata — zaczęło napotykać fizyczne ograniczenia tego procesu. Oznaczało to, że oszałamiający wzrost mocy obliczeniowej i obniżone koszty technologii dla konsumentów również groziły przekroczeniem limitu. Od lat 80. do 2000. litografia w głębokim ultrafiolecie (DUV) przyczyniła się do miniaturyzacji nowej generacji, wykorzystującej krótsze długości fal w zakresie od 153 do 248 nanometrów, co pozwoliło na mniejsze nadruki na płytkach krzemowych z półprzewodniki.
Na progu nowego tysiąclecia badacze i konkurencyjne firmy na całym świecie poszukiwały przełomów w umożliwieniu litografii EUV i jej jeszcze krótszych długości fal. ASML ukończył prototyp w 2003 roku, chociaż opracowanie systemu gotowego do produkcji zajęłoby kolejną dekadę.
Od tego czasu co kilka lat firma ASML dostarcza kolejną iterację swoich systemów litograficznych EUV o większej wydajności produkcyjnej i długościach fali do 13,5 nanometra. Pozwala to na niezwykle precyzyjne projekty mikrochipów i możliwie najgęstsze rozmieszczenie tranzystorów na mikrochipach — krótko mówiąc, umożliwia szybsze działanie komputera.
Jak działa litografia EUV
Systemy litograficzne EUV firmy ASML emitują światło o długości fali około 13,5 nanometra, czyli znacznie krótszej niż długości fal stosowane w poprzedniej generacji litografii DUV, umożliwiając w ten sposób drukowanie drobniejszych wzorów na półprzewodnikach wafle. Najbardziej zaawansowane mikrochipy mogą mieć węzły o wielkości zaledwie 7, 5 i 3 nanometrów, które powstają w wyniku wielokrotnego przepuszczania płytek półprzewodnikowych przez system litografii EUV.
Chociaż nie będziesz w stanie wykonać tych kroków w warsztacie garażowym, aby wyprodukować półprzewodniki, są one ważne aby zrozumieć, w jaki sposób można udoskonalić daną technologię i gdzie potencjalne fundusze inwestycyjne mogą być najlepsze umieszczony. Najpierw na materiał (zwykle cynę) kieruje się laser o dużej intensywności, aby wygenerować plazmę (naładowane elektrony i protony w ruchu). Plazma następnie emituje światło EUV o długości fali około 13,5 nanometra.
Wygenerowane światło jest zbierane i kierowane przez szereg zwierciadeł i elementów optycznych przez maskę lub siatkę kontrolną tworzącą obwód wzór umieszcza się na drodze światła EUV, w sposób luźno analogiczny do używania szablonu do malowania wzoru na tablica. Materiał zwany fotorezystem na płytce jest wrażliwy na światło EUV, a obszary na niego wystawione przechodzą przemianę chemiczną, a następnie są wytrawiane. Następnie w wytrawionych obszarach można osadzać nowe materiały, tworząc różne elementy mikrochipa. Proces ten można powtórzyć nawet 100 razy z różnymi maskami, aby utworzyć wielowarstwowe, złożone obwody na jednej płytce.
Po tych etapach wafel poddawany jest dalszym procesom mającym na celu usunięcie zanieczyszczeń i przygotowanie chipa do pocięcia na pojedyncze chipsy. Następnie są pakowane do użytku w urządzeniach elektronicznych.
EUV vs. Litografia DUV
Biorąc pod uwagę, że duże zakupy systemów litograficznych EUV napędzają wiadomości w branży nadprzewodników ze względu na dramatyczne koszty i postęp technologiczny, jaki może przynieść, litografia DUV jest wciąż szerzej stosowana używany. Ma tę zaletę, że już jest w środku produkcja obiektów z personelem przeszkolonym w zakresie jego obsługi.
Litografia EUV, charakteryzująca się wyjątkowo krótkimi falami o długości około 13,5 nanometra, pozwala na dokładniejsze wytrawianie mniejszych elementów na chipach. Ze swojej strony litografia DUV działa przy długościach fal rozpoczynających się od 153 nanometrów. Chociaż producenci chipów mogą używać tego do projektów o rozmiarach tak małych jak 5 nanometrów lub mniejszych, przesuwając granic fizyki, światło DUV można stosować tylko w przypadku rozmiarów poniżej 10 nanometrów, co wiąże się ze stratą rozdzielczości jakość.
Systemy litograficzne EUV nie tylko wiążą się z kosztami uruchomienia nowszych technologii, ale są także z natury droższe niż sprzęt i konserwacja do litografii DUV. Na przykład systemy litograficzne EUV zainstalowane przez Intel w 2023 roku będzie kosztować 150 milionów dolarów każdy. Koszt ten sprawia, że systemy litograficzne DUV są preferowane w zastosowaniach, w których mniejszy rozmiar litografii EUV jest niepotrzebny.
Litografia DUV jest również znaną wielkością: nie ma potrzeby dodatkowych szkoleń, nowych obiektów i innych dużych inwestycji kapitałowych, których wymagają systemy oświetlenia EUV. Technologia DUV Light jest nadal potrzebna w wielu chipach w telefonach, komputerach, samochodach i robotach i okazała się solidna i wszechstronna. Stosunkowo prostsze procesy oznaczają również, że litografia DUV może wytworzyć więcej chipów na jednostkę czas niż litografia EUV, co jest ważnym argumentem na jej korzyść w świetle światowego popytu półprzewodniki.
Wiele osób spodziewa się, że litografia DUV pozostanie popularna przez wiele lat. Dzieje się tak częściowo ze względu na cenę litografii EUV i problemy techniczne związane z każdą nową technologią. Ponadto technologia litograficzna DUV nie utknęła w miejscu i stale udoskonala sposób, w jaki pomaga w tworzeniu chipów, które można znaleźć w wielu urządzeniach elektronicznych naszego codziennego życia.
Branża prawdopodobnie znajduje się w fazie przejściowej i chociaż światło EUV będzie odgrywać coraz bardziej kluczową rolę w produkcji chipów litografia DUV jest nadal niezbędna w produkcji elektroniki używanej na co dzień zyje.
Zalety i wady litografii EUV
Litografia EUV to stosunkowo nowa technologia, która niesie ze sobą wiele zalet i pewne wady, które należy wziąć pod uwagę.
Zalety
Litografia EUV przynosi wiele korzyści, które mogą prowadzić do przyszłego rozwoju produkcji mikrochipów. Oto dwa powody, dla których firmy produkujące półprzewodniki, takie jak Intel, tak dużo inwestują w tę technologię:
- Światło EUV może wytwarzać bardziej złożone i drobne wzory na płytkach krzemowych, umożliwiając umieszczenie większej liczby tranzystorów w mikrochipie.
- Litografia EUV zmniejsza liczbę warstw wzoru (liczbę masek) wymaganych do utworzenia obwodu.
Niedogodności
Litografia EUV ma wiele zalet, ale jako nowa technologia należy wziąć pod uwagę jej wady.
- Systemy litograficzne EUV są droższe niż inne systemy do litografii mikrochipowej.
- ASML jest jedyną firmą produkującą te systemy, co może stworzyć wąskie gardło dla firm chcących korzystać z litografii EUV lub potrzebujących wsparcia dla swoich maszyn.
Czy ASML jest jedyną firmą zajmującą się litografią EUV?
Tak, ASML jest jedyną firmą, która produkuje i sprzedaje produkty wykorzystujące systemy litograficzne EUV do litografii mikrochipów.
Co zastąpi litografię EUV?
Technologia stale się rozwija, a zapotrzebowanie na mikrochipy z coraz gęstszymi tranzystorami utrzymuje się. Chociaż litografia EUV znajduje się w granicach możliwości technologii, trwają badania nad technologią, która mogłaby ją ulepszyć lub zastąpić. Wielowiązkowa wiązka elektronów, litografia rentgenowska, litografia nanoimprintowa i litografia kwantowa mogą w przyszłości wyprzedzić litografię EUV.
Kiedy stosuje się światło EUV?
Do produkcji mikrochipów wykorzystuje się ekstremalne światło ultrafioletowe. Litografia EUV drukuje wzór na płytkach krzemowych podczas procesu produkcyjnego.
Co to jest prawo Moore’a?
Prawo Moore’a mówi, że liczba tranzystorów w mikrochipie podwaja się mniej więcej co dwa lata. Oznacza to, że komputery stają się szybsze i wydajniejsze co dwa lata, a wzrost ten jest wykładniczy. Prawo nosi imię Gordona E. Moore’a, współzałożyciela Intela. Choć trwało to przez wiele lat, niektórzy przewidują, że zakończy się w latach 20. XX wieku.
Konkluzja
Światło EUV jest wykorzystywane w litografii mikrochipów do tworzenia wzorów niezbędnych do utworzenia mikrochipów, chociaż w znacznie mniejszych rozmiarach niż w przypadku poprzednich technik litograficznych. Jednak ze względu na jego nowość tylko jedna firma – ASML – produkuje maszyny, które go wykorzystują, a są one kosztowne. W miarę dojrzewania technologii powinna ona odgrywać kluczową rolę w przyszłym rozwoju produkcji mikrochipów.